Cấu trúc chương trình

HOẠT ĐỘNG CỦA THÁP C-02

Chương 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA CHO THÁP C-02

3.2.3 Cấu trúc chương trình

Chương trình S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập theo hai loại cấu trúc khác nhau

a - Lập trình tuyến tính .

Kỹ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương trình ứng dụng chỉ nằm trong một khối OB1 , đây là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên ,từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng rồi quay lại lệnh đầu tiên.Nó được hệ điều hành gọi theo chu kỳ vòng lặp với khoảng thời gian không cách đều nhau mà phụ thuộc vào độ dài chương trình .Với hình thức tổ chức như vậy thì phần chương trình trong khối OB1 có đầy đủ điều kiện của một chương trình điều khiển thời gian thực và toàn bộ chương trình ứng dụng có thể chỉ cần viết trong OB1 là đủ.

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 47 Kỹ thuật này có ưu điểm là gọn, phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, ít nhiệm vụ.

Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh 3 Lệnh i Lệnh cuối

Vòng quét … OB1

Hình 3-3. Lập trình tuyến tính.

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 48 Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luôn cấp một miến nhớ có kích thước mặc định là 20 bytes trong vùng nhớ chứa các khối làm việc để OB1 có thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành. Các dữ liệu này được thống kê trong bảng 3.1.

Bảng 3.1 b - Lập trình có cấu trúc

PLC gồm 4 khối cơ bản :

- khối OB(Organization block):là khối tổ chức và quản lý chương trình điều

Tên hình thức kiểu Giá trị và ý nghĩa

OB1_EV_CLASS Byte Bits 0 – 3 = 1 ,bits 4 -7 = 1

OB1_SCAN_1 Byte 1 = vòng quét đầu,3 =vòng quét thứ hai

OB1_PRIORITY Byte Mức yêu tiên 1 (mức yêu tiên thấp nhất )

OB1_OB_NUMBR Byte 1 = chỉ số của khối OB

OB1_RESERVED_1 Byte Dự trữ(của hệ điều hành) OB1_RESERVED_2 Byte Dự trữ(của hệ điều hành) OB1_PREV_CYCLE Int Thơi gian vòng quét trước

(milliseconds)

OB1_MIN_CYCLE Int Thời gian vòng quét nhỏ

nhất(milliseconds)

OB1_MAX_CYCLE Int Thời gian vòng quét lớn

nhất(milliseconds)

OB1_DATE_TIME Date_And_Time Thời điểm OB1 bắt đầu thực hiện

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 49 khiển.

- khối FC (Program block):là khối chương trình với chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm(chương trình con có biến hính thức).

- khối FB(Function Block):là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một khối lượng lớn dữ lieu với các khối chương trình khác .

- khối DB (Data block):là khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình .

Lập trình có cấu trúc là kỹ thuật cài đặt thuật toán điều khiển bằng cách chia nhỏ thành các khối chương trình con FC hay FB, toàn bộ các khối chương trình con này lại được quản lý bởi khối OB1

S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau,nghĩa là từ chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con vừa gọi có thể gọi tới chương trình con thứ ba ….số các lệnh trùng nhau phụ thuộc vào chủng loại module CPU mà ta sử dụng chúng

Hình 3-4.lập trình có cấu trúc Khi thực hiện một khối chương trình con,hệ điều hành sẽ:

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 50 - chuyển khối con được gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory . - Cấp phát cho khối con 1 phần bộ nhớ trong Work memory để làm miền nhớ

địa phương. Cấu trúc này được quy định sau khi soạn thảo các khối.

- Truyền tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của miền nhớ địa phương.

- Sau khi khối con thực hiện song nhiệm vụ và ghi kết quả dưới dạng tham trị đầu ra cho biến OUT, IN-OUT của miền nhớ địa phương, hệ điều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối mẹ giải phóng khối con ra khỏi vùng Work memory.

c - hình dạng của PLC S7-300

Hình 3.5 hình dạng thật của PLC S7-300 3.3 giới thiệu phần mền WINCC

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 51 WinCC là chữ viết tắt Windows Control Center, đây là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất. Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều khiển của một hệ Scada, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface-Giao diện người và máy).

Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp. Chương trình dùng để điều hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình. Hệ thống này cung cấp các khối chức năng thích ứng trong công nghiệp như: Hiển thị hình ảnh, thông điệp, lưu trữ và báo cáo. Việc truy cập hình ảnh nhanh chóng, và chức năng lưu trữ an toàn của WinCC đảm bảo tính hữu dụng cao.

Ngoài các chức năng hệ thống, WinCC còn mở ra các giao diện cho các giải pháp của người sử dụng, những giao diện này khiến chúng có thể tích hợp WinCC vào các giải pháp tự động hóa phức tạp và toàn công ty. Việc xử lý dữ liệu lưu trữ được tích hợp bằng các giao diện chuẩn ODBC và SQL. Việc thêm vào các đối tượng và các tài liệu cũng được tích hợp bằng OLE2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Các cơ chế này làm cho WinCC trở thành một bộ phận dễ truyền tải trong môi trường Windows.

WinCC còn là chương trình ứng dụng 32 bit hướng đối tượng có thể chạy trên hệ điều hành 32 bit từ Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows XP.

Chương trình cho phép thực hiện đa nhiệm vụ, đảm bảo phản ứng nhanh chóng với việc xử lý ngắt và độ an toàn chống lại sự mất dữ liệu bên trong ở mức độ cao. Nếu chạy trên nền Windows NT, WinCC còn cung cấp các chức năng để tạo ra sự an toàn và phục vụ như một servers trong hệ thống cho nhiều người sử dụng. Với giao diện thân thiện, WinCC có nhiều công cụ và lệnh mạnh giúp các cán bộ quản lý cũng như

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 52 các chuyên gia kỹ thuật của các doanh nghiệp nhà máy làm quen dần với một chức năng quan trọng HMI-Human Machine Interface (Giao diện người và máy) của hệ thống Scada từ đó có những kiến thức cơ bản khai thác có hiệu quả chương trình này trong lãnh vực điều khiển hệ thống tự động trong công nghiệp, thiết kế các dự án liên quan đến tự động hóa.

Hình 3.6 Ví dụ về trạm 3.3 .1 Các tính năng của WINCC

WINCC có thể được tích hợp tối ưu trong hệ thống tự động hóa của chúng ta và các giảI pháp IT:

Tham số Trạng thỏi

Đầu vào Đầu ra

HT VẬN HÀNH

& GIÁM SÁT (WinCC)

HỆ THỐNG KỸ THUẬT (Mỏy múc, quỏ trỡnh cụng nghệ)

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN (PLC S7-300)



THIẾT BỊ CHẤP HÀNH VẬN HÀNH &

GIÁM SÁT

AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

CAO CẤP

THIẾT BỊ ĐO ĐIỀU KHIỂN

Cế SỞ

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 53 Là một phần của hệ thống tích hợp TDH của siemens,WINCC làm việc rất hiệu quả với hệ thống TDH, là một thành phần của họ SIMANTIC. hệ thống tự động hóa từ các công cụ sản xuất khác cũng được hỗ trợ

Dữ liệu WINCC có thể được thay đổi nhờ giảI pháp IT nhờ giao diện chuẩn ,như là với MES và ERP – các ứng dụng cùng mức (ví dụ một hệ thống SAP)hoặc với các chương trình như MS Excel.

Các giao diện lập trình mở WINCC cho phép bạn kết nối với chương trình của bạn có thể điều khiển quá trình và dữ liệu quá trình.

WINCC có thể thay đổi để phù hợp với các yêu cầu của quá trình .Một dãy mở rộng các khả năng cấu hình được hỗ trợ từ hệ thống single-user và client -server đúng đến hệ thống được phân bố không cần thiết với một số khách

Cáu hình WINCC của bạn có thể được them định ở một số lần sự kiện theo sau.

Cái này sẽ không gây rắc rối cho dự án hiện tại .

WINCC là hệ thống HMI tương thích với internet cái thuận lợi cho sự bổ sung các giải pháp client trên nền Web như là giải pháp Thin- client

3.4 Xây dựng hệ thống SCADA cho tháp C-02.

3.4.1 Đặc tính của tháp C-02 và các yếu tố ,thiết bị , phần mền tích hợp để xây dựng hệ thống .

Từ nguyên lý và hoạt động công nghệ của tháp C-02 ta nhận they rằng hệ thồng điều chỉnh nhiệt áp suất, lưu lượng của tháp là một hệ thống điều chỉnh kín, nhiều chiều và phi tuyến .

Đối tượng điều khiển :Tháp C-02.

Đại lượng điều khiển :nhiệt độ, áp suất, mức của dòng sản phẩm.

Tín hiệu của đại lượng điều khiển:Đặt qua bộ điều khiển.

Tác động nhiễu:lưu lượng và thành phần của các chất cấp cho C-02 thừ đáy tháp C-01.

Cảm biến: các bộ biến đổi nhiệt độ, áp suất, mức.

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 54 Thiết bị chấp hành:Các van, các đèn báo và các còi báo hiệu.

Bộ điều khiển và chương trình :PLCS7-300 của siemens, STEP S7-300.

Phần mền HMI(Human Machine Interface) :WinCC siemens Bộ điều khiển.

Bộ điều khiển có bốn chức năng:

- Tạo tín hiệu vào (tín hiệu mẫu).

- So sánh tín hiệu vào và tín hiệu hồi tiếp.

- Biến đổi tín hiệu sai số giữa tín hiệu vào và tín hiệu hồi tiếp.

- Tạo bộ hiệu chỉnh PID.

Tín hiệu vào: tín hiệu vào do bộ điều khiển số hay PLC tạo ra là một số từ 0 - 32767, giá trị này tương ứng với giá trị của dòng điện từ 4-20mA.Thông thường giá trị đặt là 12mA tương ứng với mức 50%.

Biến đổi tín hiệu sai lệch:

Phương trình đặc tính của bộ biến đổi sai lệch:

XC = 4 -

Xv X

 20

. 16 

khi Xht  -20 và Xht  Xv (với X = Xv – Xht) XC = 20 mA khi Xht 4-20mA

XC = 4 mA khi Xht  Xv

Bộ hiệu chỉnh PID:

Là sự kết hợp điều chỉnh tỷ lệ P, vi phân D, tích phân I. Khâu tỷ lệ cho phép thực hiện tự do từ biên độ trong khi dừng tự động đúng offset, khâu tích phân triệt tiêu sai lệch, khâu vi phân giảm xu thế dao động, tạo nên tác động ngăn chặn sự thay đổi tín hiệu sai lệch. ảnh hưởng qua lại của ba hoạt động điều khiển này cho điều khiển tối ưu ra biến đặt PID.

Phương trình vi phân mô tả bộ điều khiển PID có dạng tổng quát sau:

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 55 Xr(t) = KpXV(t) + KD

dt dXV

+ KIXV(t)dt Trong đó:

Xr(t): tín hiệu ra; (tín hiệu ra là dòng từ 420 mA) XV(t): tín hiệu vào

KP: hệ số khuếch đại hay hệ số tỷ Lử.

KD: hệ số vi phân [s].

KI: hệ số tích phân   s

1 hay 



 





1

1 T . 3.4.2 Các lưu đồ thuật toán .

3.4.2.1- Hệ thống điều khiển nhiệt độ.

1. Các thông số kỹ thuật điều khiển.

Nhiệt độ của tháp thay đổi từ 42.67 0C - 144,8 0C tương ứng ở đỉnh và đáy tháp.

sai số cho phép là -5% đến +5%, giá trị cao cho phép 2000C, giá trị thấp cho phép là 1000C.

Cảm biến nhiệt được sử dụng ở đây là một cặp nhiệt ngẫu.Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của nó có dạng:

Rt = R0(1+at+bt2) 00C < t < 8500C Trong đó: Rt - giá trị điện trở ở nhiệt độ t.

R0 - giá trị điện trở ở 00C, R = 107 a = 3,9083.10-3 0C-1

b = -5,775.10-60C-2

Tương ứng với từng nhiệt độ ta sẽ tìm được các giá trị điện trở, các giá trị điện trở này lại tỷ lệ nghịch với dòng điện chuẩn 4 - 20mA.

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 56 Đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa I-R được thể hiện.



bảng 4.1

Từ đường đặc tính trên, ta có phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện và điện trở:

Xr = 4 - ( 164,77) 19

, 11

16 XV 

t, 0C R, I,mA

200 166 4 160 158 ?

152,04 156 ?

137,56 153 ?

130 151 ? 100 143 20

Rt,  I,mA Rt,  I,mA

158 9.57 153 13.04 156 10.96 151 14.43

W

I, mA 32767

0

4 20

Hình 3.8-Quan hệ i-w Hình 3.7-Quan hệ i-r

Bảng 3.2

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 57 Giá trị dòng sau đó được chuyển vào đọc cổng Analog 16bit của PLC để làm giá trị so sánh.

Xr = ( 4) 16

32767 XV 

2. Sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh nhiệt độ

hình 3.9: hệ thống điều chỉnh nhiệt độ

3. Sơ đồ vòng quét

I,mA W 4 0 9.57 11407 10.96 14253 13.04 18513 14.43 21360 20 32767 Bảng 3.3

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 58 hình 3.10:Sơ đồ vòng quét nhiệt độ

3.4.2.2 Hệ thống điều khiển áp suất.

1. Các thông số kỹ thuật điều khiển.

Ap suất thiết kế của tháp: 12,5bar Ap suất vận hành của tháp: 11bar

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 59 Để điều khiển ổn định áp suất cho tháp C-02, cần áp suất được giữ ổn định ở 11bar(cũng là giá trị đặt của bộ điều khiển áp suất PIC -1501).sai số cho phép là 2%., vậy khoảng làm việc của tháp là 10,78 bar- 11,2bar. Giá trị cao cho phép là 12,5bar, giá trị thấp cho phép là 0bar

Phương trình và đượng đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và dòng điện:

Xr = . 5 , 12

16 XV + 4

Bảng 3.4 p,bar I,mA

0 4 9 15.52 10,7 17,6 11,2 18,33 12 19.36 12,5 20

Phương trình và đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa I và W.

Xr = 

16 32767

(XV - 4)

Hình 3.11-Quan hệ I-p

I, mA

P, bar 20

4

0 12,5

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 60 Bảng 3.5

2. Sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh áp suất .

Hình 3.13 -Hệ thống điều chỉnh áp suất I,mA W

4 0 15.52 23592

17,6 27852 18,33 29345 19.36 31456 20 32767

W

I, mA 32767

0

4 20

Hình 3.12-Quan hệ I-p

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 61 3. Sơ đồ vòng quét điều khiển áp suất tháp C-02.

Hình 3.14 -Sơ đồ vòng quét điều khiển áp suất.

GVHD:PGS.TS Dương Hoài Nghĩa SV:Lê Văn Tuấn 62 3.4.2.3 Hệ thống điều khiển mức.